锚杆机加载试验台液压特性研究及其应用

　　0 引言

　　目前国内对锚杆机整机出厂调试仍然局限在空载调试阶段和部分元件的检验阶段。我院锚杆机加载试验台是国内首例针对煤机设备锚杆机开发的[1 -2]。它克服了锚杆机出厂验收的困难，实现了大修后锚杆机的整机加载调试。本实验台通过模拟加载来达到实际工况的使用要求，并通过分析液压系统的流量-压力随加载的变化来反映整机的整体性能。通过整机性能的检测，降低了锚杆机出厂后服务的故障。随着市场的发展，我国煤炭市场在国际的位置越来越重要，每年开采量达到世界总产量的 40%，煤机产品的大型化、多样化也是未来发展的主要势头。锚杆机是大型开采的主要支护设备，低故障率是煤矿效益的主要因素之一。加载试验台就是针对锚杆机加载调试设计的。它已经成功在我们公司运行了一年，产生了巨大的经济效益和社会影响力。

　　1 液压回路构成及其原理

　　试验台液压系统主要由液压缸加载控制系统、马达加载控制系统组成。液压缸加载系统由电机通过联轴器驱动液压泵输出液压源作为动力源，液压泵吸油口和截止阀相连，出口和三位四通电磁比例换向阀相连，压力油经过直动溢流阀调定系统压力后，到右路分配块，通过电磁换向阀控制油路方向来控制液压缸前进和后退，液压缸加载压力通过改变比例溢流阀压力来控制。钻箱马达加载部分是由锚杆机液压系统控制试验台被试马达回路完成工作，被试马达通过联轴器和加载马达连接，加载马达出口加电磁比例溢流阀，加载压力通过比例溢流阀进行加载。加载两大部分单臂的原理简图如图1、图2 所示。

　　2 液压回路研究方法及建模

　　液压回路特性研究以 Matlab 软件为平台，建模进行动态分析[3]。由于变量泵和电磁阀的建模及其设置较为复杂，需要进行独立建立自己的子模型并进行参数设置。下面分别进行介绍。

　　2. 1 变量泵建模

　　变量泵由9 个柱塞独立运动，拥有40 度的相位差进行工作的。只需建立单柱塞的工作过程进行合成就可以了[4 -5]。单柱塞的运动方程如下:

　　其中: R 为分布圆半径; ω 为缸体角速度; α 为斜盘倾角; φ 为缸体转角。

　　对上述方程进行一阶求导，可得到柱塞运动的线速度方程 v:

　　图3 为变量泵的内部结构图，变量泵的具体设置这里不作详细的介绍。

　　2. 2 电磁阀的设置

　　该试验台使用的为电磁比例阀，它根据输入的电信号，连续地、按比例地对油液的压力进行控制。在该系统中有电磁比例换向阀和比例溢流阀，溢流阀的最大开始压力与参数中的额定电流存在线形对应关系，信号输入的最大值要与设置的额定电流值一一对应，对应关系为线形关系。换向阀的设置需要注意开口面积的最大值与额定电流值线形一一对应，输入的信号值要与额定电流值一一对应，压降的大小就是试验台换向阀的泄漏参数。